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문제 정의
- 본 연구에서는 아로니아의 착즙 수율을 증대하기 위한 목적으로 과실 조직 분해에 관여하는 pectinase 및 복합 pectinase 효소를 이용하여 효소 종류, 농도, 온도 및 처리시간에 따른 이화학적 변화를 조사하였다.
가설 설정
- 2)a-c Means with different superscript with the column are significantly difference (p<0.05).
제안 방법
- DPPH radical 소거능은 Blois 방법(25)을 변형하여 측정 하였다. 시료 200 μL에 methanol 2 mL와 DPPH 용액 800 μL를 혼합하여 10 분간 반응시킨 후 UV-visible Spectrophotometer(UV-1601, Shimazdu Co.
- Rapidase C80 MAX, Rapidase PRESS L, 그리고 Plantase TCL의 농도를 0, 0.005, 0.01, 0.05, 0.1%(v/w)로 설정한 후 40, 50, 60℃에서 0, 30, 60, 90, 120분 동안 각각 반응시켰다.
- 시료 1 mL에 DNS 용액 3 mL를 혼합한 후 95℃에서 5분간 중탕하여 실온으로 냉각시켰다. UV-visible Spectrophotometer(UV-1601, Shimazdu Co., Kyoto, Japan)를 사용하여 550 nm에서 흡광도를 측정한 후, glucose 표준곡선으로부터 환원당 함량을 환산하였다.
- 시료 2 mL에 50% phenol reagent(Folin-Ciocalteu's reagent) 2 mL를 첨가하여 실온에서 3분간 방치한 뒤, 10% Na2CO3 용액 2 mL를 첨가하였다. 그리고 실온에서 1시간 방치한 다음, UV-visible Spectrophotometer(UV-1601, Shimazdu Co.)를 이용하여 700 nm에서 흡광도를 측정한 후, tannic acid 표준곡선으로부터 총 페놀성 화합물 함량을 환산하였다.
- 당도는 hand refractometer(RA250, ATAGO, Tokyo, Japan)로 측정하였다. 환원당 함량은 dinitrosalicylic acid (23)법에 따라 측정하였다.
- 본 실험은 아로니아의 착즙수율 향상을 목적으로 Rapidase Press L, Rapidase C80 MAX, 그리고 Plantase TCL 3종류의 효소를 사용하여 농도, 온도 및 시간에 따른 착즙수 율을 측정하고 각 효소별 최대 착즙수율 조건을 설정하여 최적 효소처리 후 아로니아 과즙의 이화학적 변화를 조사하였다. 각 효소별 최적 농도는 0.
- 세척한 아로니아를 가정용 착즙기(NJ-9300A, NUC Juicer, Daegu, Korea)를 사용하여 파쇄 후 효소 종류 및처리시간을 달리하여 반응시킨 후 착즙하였다. 착즙액은 살균된 조밀한 면포로 1차 여과 후 원심분리(9,000 ×g, 10 min)하여 실험에 사용하였다.
- 아로니아 과즙은 0.025 M potassium chloride buffer(pH 1.0)와 0.4 M sodium acetate buffer(pH 4.5)로 520 nm에서 흡광도 값이 0.2-1.4 범위에 들도록 희석한 후 520 및 700 nm에서 흡광도를 측정하였으며 cyanidin-3-glucoside 몰흡광계수(ε=26,900 L·M-1·cm-1, MW=449.2 g·M-1)로 환산하였다.
- 아로니아 과즙의 수율 향상을 위해 3종의 pectinase 효소를 이용하여 착즙수율 최적조건을 조사하였다. 효소종류, 농도 및 온도에 따른 시간별 아로니아 착즙 수율의 변화는 Fig.
- 이와 같이 아로니아에는 다양한 안토시아닌 계통의 물질들과 폴리페놀 성분이 함유되어 있어 항산화 성분효능이 베리류 중에서 가장 높고 동맥경화, 심혈관질환, 암, 당뇨병, 위염, 알러지성 피부질환 등에 효능이 있는 것으로 보고되어 있다 (10,11). 아로니아의 효능과 관련하여 아로니아 추출물을 화장품 소재로 활용하기 위해 멜라닌 생성 억제 효과, 항산화, 항염 효과(12)를 확인했으며, 당뇨 유발 쥐 및 고지혈증 유발 쥐에게 아로니아 추출액을 투여하여 혈당 및 지질 저해 효과(13) 및 심혈관질환 저해 효과(14-16)를 확인하였다. 또한 화이트 초콜릿 가나슈의 산패억제 효과(17), 육포의 기호성과 저장성 효과(18)가 있음을 확인하였다.
- 착즙액은 살균된 조밀한 면포로 1차 여과 후 원심분리(9,000 ×g, 10 min)하여 실험에 사용하였다. 착즙율은 착즙 후 아로니아 무게/착즙 전 아로니아 무게 비율로 측정하였다.
- 1%의 착즙수율을 보였다. 효소처리를 후 아로니아 과즙의 당도, 환원당, pH, 총산, 총 안토시아닌, 총 페놀성 화합물, 그리고 항산화활성을 조사하였다. 착즙수율 증대를 위한 효소처리결과, 당도, 환원당, 그리고 총산은 처리전과 비교하였을 때 증가하였으며, pH는 효소처리에 따른 큰 변화는 없었다.
대상 데이터
- 본 실험에 사용한 아로니아 원료는 2014년 8월 경북 예천 에서 수확한 품종으로 필요에 따라 4℃의 저온저장고에서 보관하면서 사용하였다. 아로니아 착즙액의 수율을 향상시 키기 위하여 사용한 효소는 DSM Food Specialties(Delf, Netherlands)사의 Rapidase C80 MAX(pectinase+arabinase, unit 132,000 AVJP/g), Rapidase PRESS L(pectinase+ hemicellulase, 180,000 AVJP/g)와 Bision Biochem(Sungnam, Korea)사의 Plantase TCL(pectinase, unit 50,000 AVJP/g) 총 3종을 사용하였다.
- 본 실험에 사용한 아로니아 원료는 2014년 8월 경북 예천 에서 수확한 품종으로 필요에 따라 4℃의 저온저장고에서 보관하면서 사용하였다. 아로니아 착즙액의 수율을 향상시 키기 위하여 사용한 효소는 DSM Food Specialties(Delf, Netherlands)사의 Rapidase C80 MAX(pectinase+arabinase, unit 132,000 AVJP/g), Rapidase PRESS L(pectinase+ hemicellulase, 180,000 AVJP/g)와 Bision Biochem(Sungnam, Korea)사의 Plantase TCL(pectinase, unit 50,000 AVJP/g) 총 3종을 사용하였다.
데이터처리
- 모든 실험 결과는 3회 반복 실험하여 그 결과 값을 평균과 표준편차로 나타내고 SAS 통계처리를 이용한 분산분석 (ANOVA)과 Duncan's multiple range test로 유의성을 검증하였다(p<0.05).
이론/모형
- 일반성분 분석은 AOAC 방법(22)에 따라 행하였다. 수분 함량은 시료 일정량을 칭량 후 상압건조법에 따라 측정하였고, 조단백질 함량은 Kjeldahl법을 이용하여 단백질 자동분석장치(Foss Kjeltec 2300, FOSS Co., Hoganas, Sweden)로 측정하였다. 조지방 함량은 Soxhelt 법에 준하여 측정하였다.
- 일반성분 분석은 AOAC 방법(22)에 따라 행하였다. 수분 함량은 시료 일정량을 칭량 후 상압건조법에 따라 측정하였고, 조단백질 함량은 Kjeldahl법을 이용하여 단백질 자동분석장치(Foss Kjeltec 2300, FOSS Co.
- , Hoganas, Sweden)로 측정하였다. 조지방 함량은 Soxhelt 법에 준하여 측정하였다. 조회분 정량은 직접회화법으로 측정하였다.
- 조지방 함량은 Soxhelt 법에 준하여 측정하였다. 조회분 정량은 직접회화법으로 측정하였다. 탄수화물 함량은 시료의 총 중량에서 수분, 조단백질, 조지방, 그리고 조회분 함량을 뺀 나머지를 함량(%)으로 표시하였다.
- 총 안토시아닌 함량은 Lee 등(26)의 pH differential method에 따라 UV-visible Spectrophotometer(UV-1601, Shimazdu Co.)를 이용하여 측정하였다. 아로니아 과즙은 0.
- 총 페놀성 화합물 함량은 Folin-Denis법(24)에 따라 측정 하였다. 시료 2 mL에 50% phenol reagent(Folin-Ciocalteu's reagent) 2 mL를 첨가하여 실온에서 3분간 방치한 뒤, 10% Na2CO3 용액 2 mL를 첨가하였다.
- 당도는 hand refractometer(RA250, ATAGO, Tokyo, Japan)로 측정하였다. 환원당 함량은 dinitrosalicylic acid (23)법에 따라 측정하였다. 시료 1 mL에 DNS 용액 3 mL를 혼합한 후 95℃에서 5분간 중탕하여 실온으로 냉각시켰다.
성능/효과
- 2)a-d Means with different superscript with the column are significantly difference (p<0.05).
- 아로니아 주스의 효소 처리에 따른 pH 및 총산함량은 Table 2와 같다. Rapidase PRESS L을 처리한 실험구는 가장 높은 1.23%로 측정되었고 그 외 다른 시험구에서도 대조구에 비해 증가한 값을 나타내었다. pH는 모든 시험구에서 3.
- 70% 순으로 각각 나타났다. Rapidase Press PRESS L을 처리한 실험구의 착즙수율이 대조구에 비해 약 18.1% 증가한 69.1%로 가장 큰 증가량을 보였다. 이는 Park(27) 등의 연구결과와 유사하게 Rapidase PRESS L이 pectinase, hemicellulase 복합효소로 구성되어 있어 다른 효소보다 효과적으로 분해작용이 일어나 수율이 가장 높게 나타났으며, 식물세포벽은 셀룰로오스와 헤미셀룰로오스등의 골격성분이 펙틴기질에 둘러싸여 있는 구조이므로 셀룰로오스 및 펙틴질 분해효소를 병행사용하면 상승효과를 보여 세포벽 물질의 분해 및 유용성분의 추출을 촉진하는 것으로 보고하였다.
- 본 실험은 아로니아의 착즙수율 향상을 목적으로 Rapidase Press L, Rapidase C80 MAX, 그리고 Plantase TCL 3종류의 효소를 사용하여 농도, 온도 및 시간에 따른 착즙수 율을 측정하고 각 효소별 최대 착즙수율 조건을 설정하여 최적 효소처리 후 아로니아 과즙의 이화학적 변화를 조사하였다. 각 효소별 최적 농도는 0.1%(v/w) 사용 시 최대 수율을 보였으며, 최적 효소반응 온도는 50℃였으며, 최적 효소반응 시간은 120분으로 나타났다. 사용된 효소들 중 pectinase 와 hemicellulase로 구성된 복합효소 Rapidase PRESS L은 효소처리를 하지 않은 대조구보다 18.
- 대조구는 44.14±1.04 mg/g의 값을 나타내었고 Rapidase PRESS L은 45.48±0.78 mg/g, Rapidase C80 MAX는 44.73±2.07 mg/g으로 대조구에 비해 소폭 상승한 값을 나타내었으며, Plantase TCL는 44.12±1.38 mg/g으로 대조구에 비해 약간 감소하였으나 큰 차이가 없었다.
- 본 연구에서는 효소 처리를 하지 않은 아로니아 주스의 착즙수율은 51%로 나타났으며, Rapidase Press L의 경우 0.1%(v/w)의 농도로 50℃에서 120분간 반응시킨 실험구의 착즙 수율이 69.14%로 가장 높게 나타났고, 같은 농도인 0.1%(v/w), 50℃, 120분 처리 후 Rapidase C80 MAX 은 68.83%, 그리고 0.1%(v/w), 50℃, 120분 처리 후 Plantase TCL은 66.70% 순으로 각각 나타났다.
- 5배 우수한 DPPH radical 소거능을 나타내었다고 보고하 였다. 본 연구에서는 효소처리를 시행한 시험구의 DPPH radical 소거능이 대조구인 0.1% ascorbic acid에 비해 낮게 측정되었으나 큰 차이는 보이지 않았다.
- 1%(v/w) 사용 시 최대 수율을 보였으며, 최적 효소반응 온도는 50℃였으며, 최적 효소반응 시간은 120분으로 나타났다. 사용된 효소들 중 pectinase 와 hemicellulase로 구성된 복합효소 Rapidase PRESS L은 효소처리를 하지 않은 대조구보다 18.1% 높은 69.1%의 착즙수율을 보였다. 효소처리를 후 아로니아 과즙의 당도, 환원당, pH, 총산, 총 안토시아닌, 총 페놀성 화합물, 그리고 항산화활성을 조사하였다.
- 효소처리를 후 아로니아 과즙의 당도, 환원당, pH, 총산, 총 안토시아닌, 총 페놀성 화합물, 그리고 항산화활성을 조사하였다. 착즙수율 증대를 위한 효소처리결과, 당도, 환원당, 그리고 총산은 처리전과 비교하였을 때 증가하였으며, pH는 효소처리에 따른 큰 변화는 없었다. 총 안토시아닌과 총 페놀성 화합물은 효소처리 후 대구조에 비해 약간 증가하였다.
- 착즙수율 증대를 위한 효소처리결과, 당도, 환원당, 그리고 총산은 처리전과 비교하였을 때 증가하였으며, pH는 효소처리에 따른 큰 변화는 없었다. 총 안토시아닌과 총 페놀성 화합물은 효소처리 후 대구조에 비해 약간 증가하였다. 효소 처리 전후의 아로니아의 항산 화능을 측정하기 위해 DPPH radical 소거능을 측정한 결과 3종류의 효소 모두 대조구에 비해 소폭 상승하였다.
- 2와 같다. 최적 효소처리 조건으로 처리한 모든 시험구에서 높은 활성을 나타내었으나, 대조구로 사용된 0.1% ascorbic acid의 측정치인 79.9%보다 낮게 측정되었다. Chung(28)은 black chokeberry를 70% 메탄올로 추출한 후 추출물의 농도가 3 mg/mL인시험구에서 대구조로 사용된 1 mg/mL 농도인 ascorbic acid 와 비교하여 95.
- 효소처리 후 총 페놀성 화합물의 함량은 총 안토시아닌과 마찬가지로 소폭 증가하였다. 특히, 복합 효소인 Rapidase C80 MAX와 Rapidase PRESS L에서 상대적으로 증가한 값을 보였다.
- 1과 같다. 효소 농도를 0, 0.005, 0.05, 0.1%로 달리하여 처리한 아로니아 과즙액을 40℃, 50℃, 60℃로 온도를 달리 하여 반응시켜 시간에 따른 변화 결과 0.1%, 50℃, 120분시험구에서 3종의 pectinase 관련 효소는 높은 착즙 수율을 나타내었다(data not shown). Koo(19)는 블루베리의 효소처리에 따른 과즙수율에 관한 연구에서 효소반응 50℃에서 120분간 효소처리 후 착즙수율이 높아졌다는 연구결과를 보고하였다.
- 총 안토시아닌과 총 페놀성 화합물은 효소처리 후 대구조에 비해 약간 증가하였다. 효소 처리 전후의 아로니아의 항산 화능을 측정하기 위해 DPPH radical 소거능을 측정한 결과 3종류의 효소 모두 대조구에 비해 소폭 상승하였다. 본 연구를 바탕으로 아로니아 과즙의 착즙수율에 대한 기초 자료로 활용될 수 있으리라 예상하며, 착즙수율이 증가함에 따라 대량 생산 시 수익성도 증가하여 경제적으로도 경쟁력을 가질 수 있을 것으로 사료된다
- 효소 처리를 하지않은 대조구와 비해 약간 높은 14.3-14.5 °Brix 수준의 값을 보였으며, 환원당의 경우 13.34-13.74%로 대조구 보다 높게 측정되었다.
- 74%로 대조구 보다 높게 측정되었다. 효소처리에 따른 당도와 환원당은 대구조에 비해 모두 높게 나타났다.
후속연구
- 효소 처리 전후의 아로니아의 항산 화능을 측정하기 위해 DPPH radical 소거능을 측정한 결과 3종류의 효소 모두 대조구에 비해 소폭 상승하였다. 본 연구를 바탕으로 아로니아 과즙의 착즙수율에 대한 기초 자료로 활용될 수 있으리라 예상하며, 착즙수율이 증가함에 따라 대량 생산 시 수익성도 증가하여 경제적으로도 경쟁력을 가질 수 있을 것으로 사료된다
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